Анализ режимов работы системы отопления с элеваторным смешением. Учебное пособие

ϕ1

G1 = Goo(1 + up) h/hSOTP

1/2х

−1/2

fр1

2

ϕ2

fр1

2

ρ 2 P

х 1 +

2

+ 1 −

f3

− 3

f3

2 fр1SSOT

.

(22)

1

Сопротивление потока, сливаемого из элеваторного узла через

линию подмешивания в обратную линию, определяется°

внезапным

расширением в условиях поворота потока на 90 . Порядок его вели-

чины такой же, как и для проточного потока. Поэтому можно ожи-

дать, что расходы обоих потоков соизмеримы между собой, а их сум-

марное значение, например, для

≈номинальных параметров элеватора

uр=2,2, f /f3=0,1239, составит Go

0,769Goo. Следовательно, соотноше-

ния для расходов сетевой воды, соответствующие полному закрытию

вентиля В, будут также описывать работу элеваторного узла при

критическом значении сопротивления системы отопления. Необхо-

димоиметь ввиду, чтоэти

результаты получены в предположении,

что номинальные режимы работы элеваторов являются оптималь-

ными. В случае отклонения исходных режимов от оптимальных зна-

чения всех характеристик изменятся.

По аналогии с предыдущим случаем можно предположить, что

выражение (20) справедливо для режимов со значениями коэффици-

ентов смешения, большими некоторого минимального значения. За-

кономерности течения при меньших значениях коэффициентов сме-

шения и обращенных режимов течения могут быть определены

только в экспериментальных исследованиях, которые не имеют

практического значения для систем теплоснабжения. В первом при-

ближении соотношения (21), (22) можно использовать для оценки

режима обращения теченияв перемычке.

Режимы прекращения подмешивания уменьшают расход цирку-

лирующей воды в системе отопления. В результате температура теп-

лоносителя возрастает до температуры в подающей линии, тепловая

мощность системы отопления и температура воздуха в помещениях

возрастают (рис. 8), возникает сильная разрегулировка системы

отопления по высоте.

Процессу увеличения сопротивления системы отопления с арма-

турой SSOT, как и процессу увеличения сопротивления SB вентиля В,

для заданного элеваторного узла с установленным соплом соответ-

ствуют горизонтальные линии в диаграмме режимов элеваторного

узла с координатами dp/d3, h2/h0

(рис.2).

41

Изменение коэффициента смешения при увеличении сопротив-

ления вентилей С иD приводит к отклонению от расчетных значений

тепловой мощности системы отопления, температур теплоносителя,

средней температуры воздуха в помещении. Изменение тепловой

мощности системы отопления при расчетной температуре наружного

воздуха определяется в соответствии с уравнениями теплового ба-

ланса и теплопередачи приборовτ

отопленияτ

в виде

τ

τ

Q

tв − tн.о

0,5(τ

′ +τ") − tв

1+m

(1 + u)(τ01

−τ

′)

Q =

=

=

′

"

=

′

"

.

Q

tв.р − t .

0,5

(1 + u

)(

)u

р +

р − t .р

р −

На рис. 11–14 показаны зависимости всех переменных

от

сопро-

тивления вентилей С и D, или SSOT. С увеличением их сопротивления

возникает перетоп в верхних и недотоп в нижних помещениях, со-

провождающийся сильной разрегулировкой системы отопления, вы-

ражающейся в существенном изменении температуры теплоносите-

ля по высоте системы отопления. Сравнениес регулировкой с пом о-

щью вентиля В показывает, что влияние сопротивлений вентилей С и

D значительно болеесильное, чем вентиляВ.

Регулировка сопротивлений вентилей C и D сопровождается зна-

чительным изменением коэффициента смешения, но не слишком

сильным изменением мощности системы отопления и средней тем-

пературы воздуха помещений, что способствует решению задачи

поддержания температуры помещений при выполнении разной сте-

пени тщательности пусконаладочныхработ.

Из (18) следует известный факт, что для данной системы отоп-

ления и выбранного элеваторного узла коэффициент смешения

независит от располагаемогонапора в тепловойсети.

Уменьшение сопротивления SSOT в2 раза всравнении с расче т-

ным значением приведет к максимальному эффекту при u

=3,4 для

160

140

t, °C

120

100

τ"

60

80

τ'

40

tв

20

0

0

5

10

15

20

140

120

100

t, C

80

τ'

60

°

40

τ"

20

tв

0

0

2

4

6

8

10

12

140

120

100

t, C

80

τ'

60

°

40

τ"

20

tв

0

0

1

2

3

4

5

6

7

120

100

t, °C

80

40

τ"

60

τ'

20

tв

0

0

1

2

3

4

34

32

30

28

tB, C

2426

Up=3,4

°

22

Up=2,2

20

Up=1,4

18

16

0

10

20

30

40

SSOT/SSOTp

Рис. 13а. Влияние сопротивления системы отопления с вентиля

-

ми C и D на величину средней температуры помещений, up=3,4; 2,2;

1,4

25

tB, °C

24

2223

Up=1,0

21

Up=0,6

20

0

1

2

3

4

5

6

7

1,3

1,25

1,2

Q/Qp 1,15

Up=3,4

1,1

Up=2,2

Up=1,4

1,05

1

0

10

20

30

40

SSOT/SSOTp

Рис. 14а. Влияние сопротивления системы отопления с вентиля-

ми С и D на величину тепловой мощности системы отопления, up=3,4;

2,2;1,4

1,12

1,1

1,08

Q/Qp 1,06

Up=1,0

1,04

Up=0,6

1,02

1

0

1

2

3

4

5

6

7

SSOT/SSOTp

Рис. 14б. Влияние сопротивления системы отопления с вентиля

-

ми С и D на величину тепловой мощности системы отопления, up=1,0;

0,6

47

Влияние диаметра среза сопла на величину коэффициента смеше-

ния. Для выбранных значений диаметра камеры смешения элеватора

d3 и сопротивления контура системы отопления SSOT, в том числе

и

при неоптимальном их соотношении, диаметр сопла определится из

(20) следующим образом

2

ϕ1

u2

ϕ2

−1

ϕ

2f3(1 + u)

−2

ρ

ϕ

fр1 = 2

2

SSOTf3 − n 2

2 −

2

(1 + u)

2 + 2 −

3

,

n =

f3

∙

4

f3

− fр1

После подстановки численных значений коэффициентов скоро-

сти имеем· 2

(принято2

=970 кг/м3

при

ср=(95+70)/2=82,5 С); d,

м;

SSOT,Па с /кг ,

ρ

τ

0,4nu2

1

°

−1

4

dр1 = d3

(1 + u)

−2

(23)

614SSOTd3 + 0,61 −

(1 + u)2

.

Обычно эти соотношения приводятся в таком виде в справочной

литературе [9–11]. Определение диаметра сопла рекомендуется про-

изводить в итерационном процессе, задавая начальное значение

n=1,05–1,15. Эту задачу можно решить более просто, так как (23)я в-

ляется квадратным уравнением относительно диаметра сопла с од-

ним физическим корнем. При значении диаметра ЦКС d3=d3opt, опре-

деленном по аналогии с (11) по заданной величине SSOT, диаметр соп-

ла также оптимальный и удовлетворяет (10). В результате элеватор-

ный узел работает в оптимальном режиме. Для случаяd3>d3opt

реали-

зуется режим, соответствующий нижней ветви режимной кривой (8),

при d3<d3opt — средней ветви (8). Если задан типоразмер элеватора с

диаметром ЦКС d3, емуopt соответствует оптимальное сопротивлениеopt

системы отопления SSOT, определенное из (11). Тогда при

SSOT>SSOT

реализуется режим на нижней ветви режимной кривой, в противном

случае — на средней. Величина располагаемого перепада давления в

тепловой сети при этом может быть различной и определяется по-

ложением точкина режимнойкривой на основе уравнения (20).

коэф-

Режим работы элеваторного узла при заданном значении

фициента смешения u определяется на диаграмме в координатах

dp/d3, h2/h0

пересечением кривых напора, создаваемого элеваторным

узлом,

48

всоответствии с (8)и потерь напора длясистемыотопленияс зада н-

ным сопротивлением

SSOT

в

виде

параболы

четвертой степени

h

2

2

2

2

π2

2

2

4

4

(рис.15)

h

0

= 2ρfp SSOT ϕ1

(1+ u)

=

8

ρSSOT ϕ1 (1+ u)

d3 (d р

d3 ) .

При изменении располагаемого перепада давления в тепловой

сети коэффициент смешения и сопротивление системы отопления

остаются постоянными, поэтому положение режимной точки в этой

диаграмменеизменяется.

в тупиковых ветвях тепловых магистралей

Нередко на практике

располагаемый напор значительно меньше расчетного. Поэтому пе-

риферийные абоненты самостоятельно растачивают сопла, стремясь

увеличить расход сетевой воды через сопла и таким образом повы-

сить тепловую мощность систем отопления.

Исследуем влияние диаметра среза сопла на величину коэффи-

циента смешения при неизменном сопротивлении системы отопле-

ния и арматуры, используя диаграмму режимов работы элеваторного

узла в координатах dp/d3, h2/h0. Примем в качестве расчетного опти-

мальныйрежим для up=2,2.

dp4

(1

+ u)2

f

h

fp2

(1+ u)2

Отклонение2

отрасчетного режима описывается уравнениямиp

=

=

,

p =

,

f

h2opt

popt2

(1+ up )

2

popt4

(1+ up )2

f3

fр

ϕ

ϕ

ϕ1

fр

2

ϕ2

2

2

≈ 2

2 + 2

2 −

2

u

− 2 − 3

fр(1 + u) 1 + uр

/

fрopt

1 − fр

2

4

fрopt

2

ϕ2

2

(1 + u)

ϕ

ϕ

ϕ1

2

2 + 2

2

−

2

uр − 2 −

3 fр 1 + uр .

1 − f

opt

4

На рис. 15 показана расчетнаяfpopt

точка, соответствующая опти-

мальному режиму для up=2,2,

=0,1239, (h2/h0)opt=0,109. Увеличе-

нию диаметра среза сопла соответствует кривая, показанная пункти-

ром. Отсюда видно, что относительный напор h2/h0, создаваемый

элеватором, при увеличении dp/d3

от 0,352 до 0,9 увеличивается

в 5,26 раз, коэффициент

смешенияпри этом уменьшаетсяот2,2 до

При неизменном напорев тепловой сети с увеличением диаме

т-

ра среза сопла до величины d

/d =0,9 циркуляци2 онный расход в си-

p

3

d,pвозрастает в 2,294

стеме отопления, прямо пропорциональный

раза, расход сетевой воды, пропорциональный

, увеличивается в

h

2

6,537 раза. Тепловая мощность системы отопления в этом случае

возрастает с ростом расхода сетевой воды, и в помещениях возникает

общий и локальный перетоп. Температура воды на выходе из систе-

мыотоплениязначительновыше расчетного значения.

При сохранении расхода сетевой воды через сопло в условиях

падающего напора в тепловой сети при увеличении dp/d3 от 0,352 до

0,9 циркуляционный расход воды падает в 2,85 раза. В этом случае

изменение режима работы системы отопления при одном и том же

коэффициенте смешения в точности такое же, как и при изменении

сопротивления системы отопления с вентилями C и D. Изменяется

лишь способ уменьшения коэффициента смешения. Поэтому резуль-

таты, представленные на рис. 10–14, при использовании коэффици-

ента смешения в качестве параметра являются решением и при из-

менении диаметра сопла для постоянного расхода сетевой воды. Сле-

довательно, при увеличении диаметра сопла возникает общий пере-

топ в помещениях, сопровождающийся температурной разрегули-

ровкой системы отопления по ее высоте. Это приводит к сильному

перетопу в верхнихпомещениях ислабому недотопу — в нижних.

о-

В случае снижения напора в тепловой сети и уменьшения расх

да сетевой воды с увеличением диаметра среза сопла возникаетн

е-